Fisika

Astronomi kuno

Astronomi adalah ilmu pengetahuan alam tertua. Bangsa Sumeria, dan Mesir Kuno mempelajari bintang-bintang, sebagian besar dengan tujuan untuk prediksi dan agama. Peta bintang Babilonia pertama berasal dari sekitar 1200 SM. Bahwa peristiwa astronomi bersifat periodik juga berasal dari bangsa Babilonia. Pemahaman mereka tidak ilmiah, tapi pengamatan mereka mempengaruhi astronomi di kemudian hari. Banyak astronomi berasal dari Mesopotamia, Babylonia, Mesir Kuno, dan Yunani Kuno. Astronom dari Mesir membangun monumen yang menunjukkan bagaimana benda-benda di langit bergerak, dan sebagian besar nama untuk rasi bintang di belahan bumi Utara berasal dari astronom Yunani.

Filsafat alam

Filsafat alam dimulai di Yunani sekitar tahun 650 SM ketika gerakan para filsuf menggantikan takhayul dengan naturalisme, yang menyangkal spiritual. Leucippus dan muridnya, Democritus, mengemukakan gagasan tentang atom sekitar periode ini.

Fisika di dunia Islam abad pertengahan

Para cendekiawan Islam terus mempelajari fisika Aristotelian selama Zaman Keemasan Islam. Salah satu kontribusi utamanya adalah astronomi pengamatan. Beberapa, seperti Ibnu Sahl, Al-Kindi, Ibnu al-Haytham, Al-Farisi dan Avicenna, bekerja pada optik dan penglihatan. Dalam The Book of Optics, Ibn al-Haytham menolak gagasan Yunani sebelumnya mengenai penglihatan dan mengusulkan teori baru. Dia mempelajari bagaimana cahaya memasuki mata, dan mengembangkan kamera obscura. Ilmuwan Eropa kemudian membuat kacamata, kaca pembesar, teleskop, dan kamera dari buku ini.

Fisika klasik

Fisika menjadi bidang studi tersendiri setelah revolusi ilmiah. Eksperimen Galileo membantu menciptakan fisika klasik. Meskipun dia tidak menemukan teleskop, dia menggunakannya ketika dia melihat ke langit malam. Dia mendukung gagasan Copernicus bahwa Bumi bergerak mengelilingi Matahari (heliosentrisme). Dia juga menyelidiki gravitasi. Isaac Newton menggunakan ide-ide Galileo untuk menciptakan tiga hukum gerak dan hukum gravitasi universal. Bersama-sama, hukum-hukum ini menjelaskan gerakan benda jatuh di dekat bumi dan gerakan bumi dan planet-planet mengelilingi matahari.

Dalam beberapa abad, Revolusi Industri berjalan lancar dan lebih banyak lagi penemuan yang dibuat di banyak bidang ilmu pengetahuan. Hukum fisika klasik cukup baik untuk mempelajari benda-benda yang bergerak jauh lebih lambat daripada kecepatan cahaya, dan tidak mikroskopis. Ketika para ilmuwan pertama kali mempelajari mekanika kuantum, mereka harus menciptakan seperangkat hukum baru, yang merupakan awal dari fisika modern.

Fisika modern

Ketika para ilmuwan meneliti partikel, mereka menemukan apa yang tidak bisa dijelaskan oleh mekanika klasik. Mekanika klasik meramalkan bahwa kecepatan cahaya bervariasi, tetapi eksperimen menunjukkan kecepatan cahaya tetap sama. Hal ini diprediksi oleh teori relativitas khusus Albert Einstein. Einstein meramalkan bahwa kecepatan radiasi elektromagnetik melalui ruang kosong akan selalu sama. Pandangannya tentang ruang-waktu menggantikan gagasan kuno bahwa ruang dan waktu adalah hal yang cukup terpisah.

Max Planck datang dengan mekanika kuantum untuk menjelaskan mengapa logam melepaskan elektron ketika Anda menyorotkan cahaya padanya, dan mengapa materi memancarkan radiasi. Mekanika kuantum berlaku untuk hal-hal yang sangat kecil seperti elektron, proton, dan neutron yang membentuk atom. Orang-orang seperti Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, dan Paul Dirac terus bekerja pada mekanika kuantum dan akhirnya kita mendapatkan Model Standar.

Fisika adalah studi tentang energi dan materi dalam ruang dan waktu dan bagaimana mereka terkait satu sama lain. Fisikawan mengasumsikan adanya massa, panjang, waktu, dan arus listrik, lalu mendefinisikan (memberi arti) semua besaran fisika lainnya dalam hal satuan dasar ini. Massa, panjang, waktu, dan arus listrik tidak pernah didefinisikan tetapi satuan standar yang digunakan untuk mengukurnya selalu didefinisikan. Dalam Sistem Satuan Internasional (disingkat SI dari bahasa Perancis Système International), kilogram adalah satuan dasar massa, meter adalah satuan dasar panjang, detik adalah satuan dasar waktu, dan ampere adalah satuan dasar arus listrik. Selain keempat satuan ini, ada tiga satuan lainnya: mol, yang merupakan satuan kuantitas materi, candela yang mengukur intensitas cahaya (kekuatan pencahayaan) dan kelvin, satuan suhu.

Fisika mempelajari bagaimana sesuatu bergerak, dan gaya yang membuatnya bergerak. Misalnya, kecepatan dan akselerasi digunakan oleh fisika untuk menunjukkan bagaimana sesuatu bergerak. Selain itu, fisikawan juga mempelajari gaya gravitasi, listrik, magnet, dan gaya yang menyatukan segala sesuatu.

Fisika mempelajari benda-benda yang sangat besar, dan benda-benda yang sangat kecil. Misalnya, fisikawan dapat mempelajari bintang, planet, dan galaksi, tetapi juga dapat mempelajari potongan-potongan kecil materi, seperti atom dan elektron, mereka juga dapat mempelajari suara, cahaya, dan gelombang lainnya. Selain itu, mereka juga dapat mempelajari energi, panas dan radioaktivitas, dan bahkan ruang dan waktu. Fisika tidak hanya membantu orang memahami bagaimana benda-benda bergerak, tetapi juga bagaimana benda-benda itu berubah bentuk, bagaimana benda-benda itu mengeluarkan bunyi, seberapa panas atau dinginnya benda-benda itu, dan terbuat dari apa benda-benda itu pada tingkat yang paling kecil.

Fisika adalah ilmu kuantitatif karena didasarkan pada pengukuran dengan angka. Matematika digunakan dalam fisika untuk membuat model yang mencoba memprediksi apa yang akan terjadi di alam. Prediksi ini dibandingkan dengan cara kerja dunia nyata. Fisikawan selalu bekerja untuk membuat model dunia mereka lebih baik.

Mekanika klasik berisi topik-topik utama seperti hukum-hukum Newton tentang gerak, mekanika Lagrangian, mekanika Hamiltonian, kinematika, statika, dinamika, teori chaos, akustik, dinamika fluida, mekanika kontinum. Mekanika klasik adalah semua tentang gaya yang bekerja pada benda di alam, menyeimbangkan gaya, mempertahankan keadaan equlibrium, dll.

Elektromagnetisme adalah studi tentang muatan pada benda tertentu. Ini berisi subtopik seperti Elektrostatika, elektrodinamika, listrik, magnetisme, magnetostatika, persamaan Maxwell, optik.

Termodinamika dan mekanika statistik berhubungan dengan suhu. Termodinamika mencakup topik-topik utama seperti mesin panas, teori kinetik. Termodinamika menggunakan istilah-istilah seperti panas (Q), kerja (W), dan energi internal (U). Hukum pertama termodinamika memberi kita hubungan mereka dengan persamaan berikut (ΔU = Q - W)

Mekanika kuantum adalah studi tentang partikel pada tingkat atom dengan mempertimbangkan model atom. Ini mencakup subtopik Formulasi integral jalur, teori hamburan, persamaan Schrödinger, teori medan kuantum, mekanika statistik kuantum.

Relativitas

Deskripsi umum

Fisika adalah ilmu tentang materi dan bagaimana materi berinteraksi. Materi adalah materi fisik apa pun di alam semesta. Segala sesuatu terbuat dari materi. Fisika digunakan untuk menggambarkan alam semesta fisik di sekitar kita, dan untuk memprediksi bagaimana ia akan berperilaku. Fisika adalah ilmu yang berkaitan dengan penemuan dan karakterisasi hukum universal yang mengatur materi, gerakan dan gaya, dan ruang dan waktu, dan fitur-fitur lain dari dunia alami.

Luas dan tujuan fisika

Sapuan fisika sangat luas, dari komponen terkecil materi dan gaya yang menyatukannya, hingga galaksi dan bahkan hal-hal yang lebih besar. Hanya ada empat gaya yang tampaknya beroperasi di seluruh rentang ini. Namun, bahkan keempat gaya ini (gravitasi, elektromagnetisme, gaya lemah yang terkait dengan radioaktivitas, dan gaya kuat yang menyatukan proton dan neutron dalam atom) diyakini sebagai bagian yang berbeda dari satu gaya.

Fisika terutama difokuskan pada tujuan membuat aturan yang lebih sederhana, lebih umum, dan lebih akurat yang menentukan karakter dan perilaku materi dan ruang itu sendiri. Salah satu tujuan utama fisika adalah membuat teori yang berlaku untuk segala sesuatu di alam semesta. Dengan kata lain, fisika dapat dipandang sebagai studi tentang hukum-hukum universal yang mendefinisikan, pada tingkat yang paling dasar, perilaku alam semesta fisik.

Fisika menggunakan metode ilmiah

Fisika menggunakan metode ilmiah. Artinya, data dari eksperimen dan observasi dikumpulkan. Teori-teori yang mencoba menjelaskan data-data ini dihasilkan. Fisika menggunakan teori-teori ini untuk tidak hanya menggambarkan fenomena fisik, tetapi untuk memodelkan sistem fisik dan memprediksi bagaimana sistem fisik ini akan berperilaku. Fisikawan kemudian membandingkan prediksi ini dengan pengamatan atau bukti eksperimental untuk menunjukkan apakah teori itu benar atau salah.

Teori-teori yang didukung dengan baik oleh data dan terutama sederhana dan umum, kadang-kadang disebut hukum ilmiah. Tentu saja, semua teori, termasuk yang dikenal sebagai hukum, dapat digantikan oleh hukum yang lebih akurat dan lebih umum, ketika ditemukan ketidaksesuaian dengan data.

Fisika bersifat kuantitatif

Fisika lebih kuantitatif daripada kebanyakan ilmu lainnya. Artinya, banyak pengamatan dalam fisika dapat direpresentasikan dalam bentuk pengukuran numerik. Sebagian besar teori dalam fisika menggunakan matematika untuk mengekspresikan prinsip-prinsip mereka. Sebagian besar prediksi dari teori-teori ini bersifat numerik. Hal ini karena bidang-bidang yang ditangani fisika bekerja lebih baik dengan pendekatan kuantitatif daripada bidang lainnya. Ilmu pengetahuan juga cenderung menjadi lebih kuantitatif seiring berjalannya waktu karena mereka menjadi lebih berkembang, dan fisika adalah salah satu ilmu tertua.

Bidang fisika

Fisika klasik biasanya mencakup bidang mekanika, optik, kelistrikan, magnetisme, akustik dan termodinamika. Fisika modern adalah istilah yang biasanya digunakan untuk mencakup bidang-bidang yang mengandalkan teori kuantum, termasuk mekanika kuantum, fisika atom, fisika nuklir, fisika partikel dan fisika materi terkondensasi, serta bidang yang lebih modern dari relativitas umum dan khusus, tetapi dua yang terakhir ini sering dianggap sebagai bidang fisika klasik karena mereka tidak bergantung pada teori kuantum. Meskipun perbedaan ini dapat ditemukan dalam tulisan-tulisan yang lebih tua, namun hal ini tidak banyak menarik perhatian karena efek kuantum sekarang dipahami sebagai hal yang penting bahkan dalam bidang-bidang yang sebelumnya disebut klasik.

Pendekatan dalam fisika

Ada banyak pendekatan untuk mempelajari fisika, dan banyak jenis kegiatan yang berbeda dalam fisika. Ada dua jenis kegiatan utama dalam fisika; pengumpulan data dan pengembangan teori.

Data dalam beberapa subbidang fisika dapat diterima oleh eksperimen. Misalnya, fisika materi terkondensasi dan fisika nuklir mendapat manfaat dari kemampuan untuk melakukan eksperimen. Fisika eksperimental berfokus terutama pada pendekatan empiris. Terkadang eksperimen dilakukan untuk mengeksplorasi alam, dan dalam kasus lain, eksperimen dilakukan untuk menghasilkan data untuk dibandingkan dengan prediksi teori.

Beberapa bidang lain dalam fisika seperti astrofisika dan geofisika sebagian besar merupakan ilmu observasional, karena sebagian besar datanya harus dikumpulkan secara pasif, bukan melalui eksperimen. Namun demikian, program pengamatan dalam bidang-bidang ini menggunakan banyak alat dan teknologi yang sama dengan yang digunakan dalam subbidang fisika eksperimental.

Fisika teoretis sering menggunakan pendekatan kuantitatif untuk mengembangkan teori-teori yang mencoba menjelaskan data. Dengan cara ini, fisikawan teoretis sering menggunakan alat dari matematika. Fisika teoretis sering kali dapat melibatkan pembuatan prediksi kuantitatif dari teori-teori fisika, dan membandingkan prediksi ini secara kuantitatif dengan data. Fisika teoretis terkadang menciptakan model sistem fisik sebelum data tersedia untuk menguji dan mendukung model-model ini.

Dua kegiatan utama dalam fisika, pengumpulan data, produksi teori dan pengujian, menggunakan banyak keterampilan yang berbeda. Hal ini telah menyebabkan banyak spesialisasi dalam fisika, dan pengenalan, pengembangan, dan penggunaan alat dari bidang lain. Misalnya, fisikawan teoretis menggunakan matematika dan analisis numerik serta statistik dan probabilitas dan perangkat lunak komputer dalam pekerjaan mereka. Fisikawan eksperimental mengembangkan instrumen dan teknik untuk mengumpulkan data, menggunakan teknologi teknik dan komputer dan banyak bidang teknologi lainnya. Sering kali alat dari bidang lain ini tidak cukup sesuai untuk kebutuhan fisika, dan perlu diubah atau dibuat versi yang lebih canggih.

Sering kali fisika baru ditemukan jika fisikawan eksperimental melakukan eksperimen yang tidak dapat dijelaskan oleh teori-teori saat ini, atau bagi fisikawan teoretis untuk menghasilkan teori yang kemudian dapat diuji oleh fisikawan eksperimental.

Fisika eksperimental, teknik dan teknologi saling terkait. Eksperimen sering kali memerlukan alat khusus seperti akselerator partikel, laser, dan aplikasi industri yang penting seperti transistor dan pencitraan resonansi magnetik berasal dari penelitian terapan.

Fisikawan teoretis terkemuka

Fisikawan teoretis yang terkenal antara lain

• Astronomi
• Energi
• Materi
• Waktu